科學的人文：一位物理學家的人文之旅

名人推薦：儘管我教研了四十多年，但從來就沒有被陳敏教授這樣氣勢磅礡的演講、各個排山倒海的挑戰，壓得喘不過氣來。我相信對讀者也會是一個非常重要的經驗。——納茲莉．喬克利（Nazli Choucri） 麻省理工學院政治科學系教授
陳敏將宇宙學、高能物理及中國的道家老莊哲學、周易相互連接及滲透，這不是容易的事。他的高能粒子物理研究已進入哲學的範疇，這是科技與人文的結合。——夏祖焯（夏烈）教授、作家
陳敏教授是國際頂尖的物理學家，本書提到的重大科學研究方法都是他在開展諾貝爾獎級研究工作中總結出來的寶貴經驗，所體現的科...

科學的生活 （~~節錄自本書「前言」）
這裡我要講的是科學與人文，裡面很多的觀點都是我自己長期思考的心得與結論，有些觀點，也許你們同意，也許你們不同意。因為我講的只是我個人的看法，你們可以參考、思考、引用，也歡迎你們批評。你們也可以跟我保持聯絡，繼續討論，因為時代不斷進步，知識日新月異，明天的你我，一定比今天的你我懂得更精細、深奧、博大。人有生而知之者，源於母教；學而知之者，源於師教；困而知之者，源於事教，是從生活中奮鬥出來的。
與哈佛的杜維明教授一起研究儒學的美國波士頓大學南樂山教授於1999年說：「人生的精神內涵是什麼？這條路線與過去的東方精神路線不同，也與過去的西方精神路線不同。這將是一條新的精神道路。這將是自然科學與哲學的結合。」
這與少年的我所想到的幾乎一模一樣。
我於1940年5月6日出生在雲南大理。這是一個和外界交往不太頻繁的地方，在正常情況下，傷寒、霍亂、痢疾等腸道傳染病，很少同時在雲南各地發生，特別是在蒼山、洱海這樣山青水秀的地方。然而當時正值日軍侵華，日本人有計劃地在雲南廣泛投放細菌彈，造成大批民眾身染病毒。我家也未能倖免，家中有半數人染上傷寒霍亂而病逝，後來聽我在國內當政協主席的哥哥告訴我，母親臨終前對剛剛出生的妹妹和兩歲的我說：「你們為什麼要在這個時候出生在這個亂世？我死不瞑目啊！」這是母親留給我們的最後一句話。
對日戰爭勝利後，我就像一片海棠花的葉子，隨風飄過了臺灣海峽，又隨風飄過了太平洋，到了美國。之所以要說是海棠花的葉子，是因為中國在沒有把外蒙古丟掉之前，中國的地圖是像一片海棠花的葉子。
文天祥說「山河破碎風飄絮，身世浮沉雨打萍」，用在我的身上，就是「身世飄零似海棠」。動蕩時期，家國命運、個人命運大抵如此。這是生活在和平年代的人們所難以想像的。
海棠花有一個特性，即便它被破壞到枝葉破碎之後，葉子隨風飄散，不擇條件，依然隨處生長，無論在哪裡，只要接觸到潮濕的土壤，就有可能生根發芽，枝繁葉茂，花開似錦。我在波士頓的家中種了很多棵海棠花，就都是從一片葉子繁衍而來的。我個人的人生際遇，也如同海棠，努力紮根土壤，認真生長，力爭花開似錦，為的就是要讓母親安息瞑目。
我從小就失去母親，所以沒有母教。戰亂時期，我也沒有老師教。課堂上一直在看傳奇小說，像《封神榜》、《東周列國志》、《三國演義》、《薛仁貴征東》、《郭子儀傳》、《精忠嶽傳》之類的書籍。
在國語實驗小學的時候，我們學聲母跟韻母，為什麼有聲母跟韻母之分，老師也講不出來道理，所以我一直拒絕學。一直到近來，我在麻省理工學院教聲學，我才領悟到韻母決定我們舌頭的位置，聲母決定我們鼻子、喉嚨和嘴唇的位置，聲母和韻母合起來決定我們講話時嘴的構造。
上建國中學初一學習代數，老師告訴我們要記住一些抽象的概念，如完整性、單位性、關聯性、分佈性和交際性規律，而不向我們解釋中學代數只是一個簡單的例子，這些概念是代數重要的一般抽象屬性，可用於現代代數，如群論、設定理論等，J粒子的發現直接導致弱相互作用SU2和顏色SU3等的群論建立，這也許是宇宙建立的數學基礎。
初二的時候我遇到了國文老師周文傑，他在課餘給我及部分他賞識的學生講解《四書》、古詩十九首、楚辭及唐詩宋詞。一起學習的只有四、五個學生，其中包括原哈佛大學教授杜維明。講課如同私塾，而這種學習的方式也類似於孔子與弟子間的那種辯難、討論，大家一起讀經、釋意，氣氛活躍而融洽。
周老師介紹儒家經典，其中介紹到《大學》時，周老師講解：「大學之道，在明明德，在親民，在止於至善。」那時還是懵懂少年的我，就想這和我們的生活有什麼關係？
進而學到「知止而後有定，定而後能靜，靜而後能安，安而後能慮，慮而後能得。」學到這裡，我覺得我的心豁然開朗。「自天子以至於庶人，壹是皆以修身為本」，大意是上自國家元首，下至平民百姓，人人都要以修養品性為根本。若這個根本被擾亂了，家庭、家族、國家、天下要治理好是不可能的。在不斷深化的學習過程中，我明白了做人的基本道理。
而「身修而後家齊，家齊而後國治，國治而後天下平」，我就覺得很有道理。後來又繼續講解誠心誠意，我覺得這是做人的最基本原則，也是做人的基本道理。跟隨周老師學習的這段時間，我得益極大，學到了「仁以為己任」的精神。周老師是新儒學大師牟宗三教授的學生。可是我覺得他們對格物致知欠缺瞭解與追隨朱喜對中庸定義的膚淺解釋，我完全不認同。
初三的時候，我接觸了物理，開始對宇宙萬物產生濃厚的興趣，格物致知給了我很大的啟發。我對天為什麼是藍的、晚霞為什麼是紅的、玻璃為什麼是透明的等等，眼前能看到的現象、能觸摸到的事物，都產生了追問和探求的興趣。懂得所謂的「道」，包括社會法則與自然法則、格物致知、誠意正心、學習與修養的道路。
後來我看到一篇文章，說宇宙是由三十種粒子構成的。我就想，造物主怎麼用那麼多種粒子來造宇宙呢？這似乎也多了點吧？於是，我對粒子世界也有了探究的慾望。等到上柏克萊研究院的時候，粒子數已經增加到數百個，偏偏遇到一個非常有名的理論物理學家傑弗里．丘（Geoffrey Chew），緣木求魚地極力主張自我引導理論（Self Bootstrap Theory）：數百個粒子互相作用影響，同是宇宙的基本構成物！完全沒有想到數百個粒子都是6個夸克的構成物。
我在臺灣求學的東海大學是個文理學院，學生人數很少，但闊大的校園環境非常優美，可以散步、看風景、躺在草地上看星星；可以靠在短牆上想物理問題。那時候臺灣的專業教育是很差的。這個學校有一個優點，就是學生可以到開放式圖書館，自由瀏覽借閱需要的書。有一位教邏輯的劉述先教授，深入淺出對邏輯講得非常清楚，他也是牟宗三的學生，他寫的《文學欣賞的靈魂》一書，對我影響很大。在數學上唯一有點基礎的是一位德國的老師克里歐，他講課的技術非常差，在課堂上用德國口音和語法，抄抄念念他那發黃的筆記本，臺灣學生很少聽得懂他在講什麼，可是我懂得他在教如何用二次偏微分方程解各式各樣的邊界條件問題。我跟他交流得很好，曾經共同在淡水海濱浴場游泳衝浪。這種自由學習，自由思考的環境，對我的科學研究與人文思考，影響很大。
後來我到了美國加州柏克萊大學，抵達的第六天，時差還沒有調整過來就參加了博士初步資格考試，每門課差不多要考三個小時。口試快結束的時候，主考官賽格瑞（Emilio Gino Segrè）教授問我認識不認識克里歐。我大吃一驚，原來我的指導老師和克里歐都是受到納粹迫害的科學家。納粹要把費米和他們逮捕入獄，因為他們發現了慢中子與連鎖反應，使得原子彈和原子能成為可能。費米因此得到1938年度的諾貝爾獎，要去斯德哥爾摩領獎。他們藉機逃出德國。克里歐逃到日本，然後從日本到臺灣去教書。所以那位在臺灣鮮為人知的克里歐其實曾經是一位科學奇才，優秀的科學家，可惜當時臺灣沒人重視他。而令我自豪的是，那時的我堪稱是他的知音和好友，也是一個能夠跟他交流，樂於跟他學習的人。
那次我跟主考官賽格瑞教授談得很融洽，因為克里歐教授的緣故，賽格瑞教授對我印象很好。後來我跟隨他研究物理、做實驗。中國非常著名的女物理學家吳健雄博士就是賽格瑞教授的弟子，所以論起來的話，吳健雄博士是我的師姐呢。
我在柏克萊大學就讀的時侯，通過導師賽格瑞，有幸受到他的導師，美國最偉大的物理學家之一、祖籍義大利的費米教授（Enrico Fermi）遺風的薰陶。費米教授一手創建核能時代，弱作用場的理論也是他創立起來的，美國最大的實驗室就以他為名，李政道、楊振寧教授都是他的弟子。研究小組的同事們告訴我，有一次賽格瑞告訴他們說，費米教授這個下午就要來訪問，要他們把實驗室整理乾淨。他們穿著整齊，準備要表演實驗給費米看。到了下午三點，賽格瑞說他有事要出去走一下，等五點鐘回來的時候問他們：「討論情況如何？」他們說沒有見到費米啊！賽格瑞說：「剛才不是來了？他穿著紅色的套頭衫。」組員們大吃一驚，是有這麼一個人來過，他們以為他是掃地的工友，所以沒有跟他談話，他看了一下便走了！
我在美國定居工作，享受美國的自由平等、豐富的資源及優良環境的保證，已有五十年的時間。我在1974年發現J粒子，1979年發現膠子，現在致力於人工材料的研究。英國著名的哲學家培根曾說過：「讀史使人明智，讀詩使人靈秀，數學使人周密，物理學使人深刻。」在我幾十年的科學研究生涯中，的確也是這樣，數理教我精密和邏輯，讀詩使我聰慧。我認為學習人文科學、讀古代聖賢書，於我們的生活非常重要，一方面我們可以從中學到古代聖賢是如何做學問的，更重要的是，在困難時，會覺得他們在陪伴你，給你安慰，給你勇氣，給你力量。
在科學裡，我學到什麼呢？
我認為一方面是觀察驗證，另一方面是邏輯推理。這些也都可以應用到人文上面。我最近在MIT聽了一個演講，說小孩子們都是科學家，長大成人之後，反而忘了這些科學的技能。我們研究孩子們怎麼分辨各式各樣的東西，找事物的前因後果，甚至怎麼去分辨聲音的喜怒哀樂，怎麼動作，怎麼解決一些問題。因為這些聽、學、摸、動，都不是我們器官的動作，真正是由腦來分辨的。小孩子都是科學家，他們都應用了科學家所用的一切方法。演繹、歸納、摸索、結論，提出理論證明或者反證。所以，把科學的方法用到人文裡不僅是可以的，而且是必須的。
下面舉一些例子，介紹一下我是怎樣教導我的子孫們。
我覺得如果要教導孩子，就要取他眼前的例子，就像孔子說的，要「能近取譬」；比如，我帶我的孫子看傍晚的海潮，我就會問他們：「夕陽為什麼是紅的？海潮的能量是哪裡來的？」啟發他們認識海潮是從地球自轉的能量轉化而來的，看到海面上海潮洶湧流動，就想到地下的岩漿也是一樣被月球吸引得沸騰洶湧流動。知道帶電的岩漿的流動多麼重要嗎？岩漿不流動，地球就沒有磁場的保護，就跟月球一樣死了，我們的生命也將會結束。我們把火山與地震叫做天災，沒有火山與地震就沒有造山運動，陸地就慢慢沉到大海洋去。
我們中國人特別讚美月亮，月亮真是我們的母親。沒有月亮，要誕生生命恐怕是困難的。月亮製造了潮汐、調節氣候、交換能量，使得生物有成長的環境。地球上的水是哪裡來的？是由小行星從太陽系的邊緣送過來的，在四十五億年間積少成多變成今天浩浩的海洋，當月球從地球分離的初期，潮汐可比現在大成百上千倍沖刷著地球。由於月球與地球上的液體的微妙作用，地球自轉的角動量，轉換成月球公轉的角動量，使得月球漸行漸遠，如今月球看起來的角度的大小正好和太陽一樣，所以才有日全食的奇景。這恐怕不是偶然發生的，適當的月球距離產生適當大小的潮汐，造成地球生物生長的最好條件，穩定四季，保持地球內部的熔漿不太冷也不太熱，使地球內部的熔漿產生磁場，保護了地球，不受太陽放射出來的電流的打擊。所以孔子觀察到了月亮對生命的重要性，做出這樣的結論：日月位焉，四時行焉。
王羲之說過：「仰觀宇宙之大，俯察品類之盛。」我隨時用這個道理教導我的子孫們。這裡有科學的道理，也有人文的道理。
有一次我帶他們去拉斯維加斯參加一個婚禮，我就問他們，如果你是第一個在拉斯維加斯建造賭場的人，你為什麼要選在這裡建賭場呢？他們剛開始不知道怎麼回答。我就稍稍提醒：假如有很多人來這裡住，需要什麼才能生活呢？他們就想到了，原來這裡有大水壩。有水壩就能發電、能供水。水、電是現代人生活不可或缺的，有水、有電，人們就能在這裡生活了。拉斯維加斯北面有山，可以抵禦寒風；東南方有洛杉磯，那裡有很多觀光客，交通發達，因此就有了很多客源；在沙漠地區，土地很便宜，開發成本很低—這些都是建立一個賭城的基本條件和原則。這跟澳門不一樣的，澳門是葡萄牙強行割地、營建在中國的非法賭場，沒有其他選擇與考量。
還有一個例子。
有一年聖誕節闔家團聚的時候，大人們在喝紅酒，孫子們在喝飲料。我就問他們：「我們大家用的杯子，你爸爸用的是一百塊美金一個的杯子，和你的一塊美金一個的杯子，有什麼不一樣嗎？」
他們不知道怎麼答了，只說一百塊的杯子比較薄，一塊錢的杯子比較厚。
我告訴他們，把手指頭弄濕了，在一百塊的杯子和一塊錢的杯子上轉圈子摩擦，一百塊的杯子會發出滴滴的很清亮的聲音，回音裊裊很長久，一塊錢的杯子，發出混濁的聲音，而且很短。
這個就是不同點。我告訴孩子們，一百塊錢的玻璃是一個結晶體，所以製造困難，成本比較高。一塊錢的杯子是混合體，由幾億個分子構成的。我最小的孫子聽得太興奮，把杯子推了一下，他的杯子和他爸爸的杯子撞在一起，紅酒和飲料都打翻了。我的小孫子很不好意思，很驚慌。
我沒有責怪他，告訴他說：「你僅花了一塊錢做了一個非常重要的實驗，有很輝煌的結果。你想一想，一個很厚的杯子，和一個很薄的杯子，相碰的話，哪個杯子破了呢？」
大多數人會以為厚的杯子比較結實，薄的容易碎。結果相反—那個薄的杯子完好無損，厚的杯子卻碎成了幾片。這是個非常重要的實驗，證明一個分子均勻的結晶體產品，比多分子的混合體產品結實得多。晶體之間的作用力是非常強的，一個均勻分子的晶體就非常結實，敲擊起來聲音非常好聽，這個餘音繞梁的長度，在物理上叫做品質因素（quality factor），品質因素高所以才賣得貴。
就這樣，我把一個杯子不小心打破的問題，變成了一個非常有趣的物理結構問題和聲學共振問題。這就是孔子說的「格物致知」的道理。孔孟有許多格物致知經典的觀察與故事，可惜二千年來所謂的儒家，死記死背，視而不見，讀而不懂，完全不懂格物致知，使得中國科學很落後。
我的三個兒子均畢業於麻省理工學院。老大陳欣宇（Daniel Chen）很好玩，期末考試前還要開車去高山溜冰滑雪。他想要進醫學院的時候，因為他會的東西太多了，就不能專注。我想到了邀將不如激將，便用激將法激勵他要做出一番事業來。他最近專注於癌症的研究，很快就有了重大的發現，他發現所有的癌細胞都如同用一個假護照來欺騙我們身體裡的員警部隊（T-cell）。當員警部隊來檢查細胞是好細胞還是壞細胞時，它就用這個假護照—一根長長的蛋白質 PDL1—來欺騙「員警部隊」。欣宇發現了一種方法來剪掉這個蛋白質假護照，這樣，我們身體的員警部隊就會將這些癌細胞一一消滅。他又發現這個方法差不多對一半的人很有效，一半的人沒有效果。他目前的研究就是進一步找出原因，為什麼有的人癌細胞擴散到全身了，還能把它消滅掉。有的人就不行呢？這是他現在專注做的工作。
他現在的兩種治療癌症的藥已經被美國的FDA批准上市了，一種是治療膀胱癌的，一種是治療肺癌的藥。這幾種藥中國也逐漸批准臨床使用了。事實上他所研製的藥對其他癌症也有治癒功能。欣宇還是一名威士忌的專家，他一聞就能知道威士忌的好壞。他的上司介紹他的時候，首先說他是一個威士忌專家，然後才說他是治癒癌症的專家。2020年，他在實驗室中定制具有許多類似手臂的抗體，每一隻手臂可以抓一種不同的病毒，目標是在新冠狀病毒（Covid 19）進入我們的血液之前，預先在我們的口腔或鼻膜中首先將消滅，他希望這種方法將在2021年被FDA批准。
我雖然主要的精力和成就都在科學研究領域，但是我始終癡迷於中國文化。我覺得人文素養是很重要的。它的重要性特別明顯在於獨居他鄉異國，在困難之下，它是支撐一個人繼續前進的精神動力，使我在寂寞中不寂寞，困難中總不絕望。
我很敬仰文天祥《送行中齋三首》裡最後的話：「願持丹一寸，寫入青琅玕。會有撫卷人，孤燈起長嘆。」文天祥被俘的時候，那早就被俘投降的皇帝命令他投降，元世祖要他投降，做元朝的宰相，給元世祖治理天下，一般老百姓也要他投降來照顧他們的生活，他的家人，尤其是兩個女兒更是苦苦哀求，都要他投降，這樣一家人就可以過好日子，文天祥淚流滿目，就是不投降。
他為什麼不投降？多年前，我參觀了位於北京的文丞相祠，這裡曾是關押文天祥的土牢，著名的《正氣歌》就是在這裡完成。我佇足於浩然之氣的匾額下，久久地凝視著它，思索著「他為什麼不投降」的問題？
我想，他不僅是為了忠，不僅是為了孝，不僅是為了愛，文天祥就義前的絕筆中寫道：「孔曰成仁，孟曰取義，唯其義盡，所以仁至。讀聖賢書，所學何事？而今而後，庶幾無愧。」文天祥是為了保存成仁取義的中國精神。
現在，元世祖已經很少被人提及，可是文丞相的《正氣歌》八百年來一直被人們傳誦。我們讀到文天祥《正氣歌》或者其他先賢文字的時候，會在暗夜裡，孤燈下，激動地站起來，長長地嘆口氣，深深地同情他們，為他們惋惜，被他們鼓勵振奮，先賢的精神就會在我們的生命中活躍起來。
我們現代的人能從古代聖賢那裡獲得精神的力量和慰藉，中國文化的精神就是在這個撫卷長嘆的歷史長河中一代又一代傳下去。這是文天祥死不投降的原因，也是中華文化五千年不斷的根原。
孔子說「未知生，焉知死」，中國的讀書人原則上是不信宗教的。我們這些老祖宗的先賢就是我們奮鬥力量的泉源與支撐。
我自幼就喜歡中國古代的文化，兒時詩詞文學的薰陶讓我受益無窮。我自信能結合中國文化所蘊含的智慧和我的工作熱情與美國的穩定、自由和平等的機會，建立科學與人文的基礎。這裡，我將試圖把自己綜合中西科學與文化而成的感悟與各位交流、分享。但願讀者之中，「會有撫卷人，孤燈起長嘆。」

科學的生活 （~~節錄自本書「前言」）
這裡我要講的是科學與人文，裡面很多的觀點都是我自己長期思考的心得與結論，有些觀點，也許你們同意，也許你們不同意。因為我講的只是我個人的看法，你們可以參考、思考、引用，也歡迎你們批評。你們也可以跟我保持聯絡，繼續討論，因為時代不斷進步，知識日新月異，明天的你我，一定比今天的你我懂得更精細、深奧、博大。人有生而知之者，源於母教；學而知之者，源於師教；困而知之者，源於事教，是從生活中奮鬥出來的。
與哈佛的杜維明教授一起研究儒學的美國波士頓大學南樂山教授於1999年說：...